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隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車需求的持續(xù)增長(zhǎng)，純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車將共同主導(dǎo)中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)的未來發(fā)展。電動(dòng)汽車的輕量化和電池的大量使用，必然涉及到越來越多的鋁合金焊接工藝。鋁合金具有良好的物理性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能，是工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的輕金屬材料；傳統(tǒng)的焊接工藝焊接速度慢、生產(chǎn)效率低，而且焊接熱輸入大，鋁合金焊接變形明顯，同時(shí)焊接接頭處晶粒粗大，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量較差。而激光作為一種高能量密度的熱源，具有較快的焊接速度和較小的熱輸入，焊接變形小，因此獲得的產(chǎn)品質(zhì)量也較為優(yōu)異。
01 實(shí)驗(yàn)條件與方法 1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 采用飛博YDFL-2000/2000-PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器、常規(guī)YDFL-3000-CW-MM激光器，二維掃描振鏡、大理石三軸龍門焊接平臺(tái)、JZX91熔深顯微鏡、金相磨拋機(jī)、金相切割機(jī)等；綜合運(yùn)用以上實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具，本文將具體測(cè)試PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器對(duì)3系鋁合金焊接氣孔率的影響。 1.2 實(shí)驗(yàn)材料 3系鋁合金具有良好的防銹性、成形性、焊接性、耐蝕性等特點(diǎn)，其中3003鋁合金為AL-Mn系合金，通常用于新能源電池、動(dòng)力電池等材料，本次實(shí)驗(yàn)采用3003鋁合金材料進(jìn)行激光焊接測(cè)試，焊接接頭采用拼接的方式，將工件切割成100mm×60mm×3mm板材進(jìn)行拼接焊。 3003 鋁合金標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分表 1.3 實(shí)驗(yàn)方法 在焊接前用丙酮溶液超聲波清洗器對(duì)試樣進(jìn)行25分鐘的清洗，以清除試樣表面的油污等雜質(zhì)，確保焊接工件表面干凈。 焊后對(duì)表面焊縫成形質(zhì)量進(jìn)行檢查，用線切割機(jī)床沿平行于焊縫方向切割金相試樣，金相試樣依次使用400#、600#和800#砂紙打磨焊縫橫截面，然后使用FH氫氟酸水溶液對(duì)試樣進(jìn)行腐蝕，用焊縫測(cè)量軟件測(cè)量焊縫截面氣孔大小，計(jì)算出整條焊縫的氣孔率。 采用飛博YDFL-2000/2000-PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器在離焦量+1mm、加螺旋軌跡擺動(dòng)焊接和直線軌跡焊接的條件下分別找出焊接熔深2.0mm的工藝參數(shù)，分別焊接一條長(zhǎng)度為80mm的焊縫，然后沿焊縫水平方向一側(cè)切開做金相，用焊縫測(cè)量軟件測(cè)量焊縫氣孔大小，計(jì)算出整條焊縫的氣孔率。 用常規(guī)YDFL-3000-CW-MM激光器在離焦量+1mm、直線軌跡焊接的條件下找出焊接熔深2mm的工藝參數(shù)，焊接一條長(zhǎng)度為80mm的焊縫，然后沿焊縫水平方向一側(cè)切開做金相，用焊縫測(cè)量軟件測(cè)量焊縫氣孔大小，計(jì)算出整條焊縫的氣孔率。 采用飛博YDFL-2000/2000-PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器在離焦量+1mm、螺旋軌跡擺動(dòng)焊接、熔深為2.0mm的工藝參數(shù)下焊接五組長(zhǎng)度為80mm的焊縫，然后沿焊縫水平方向一側(cè)切開做金相，用焊縫測(cè)量軟件測(cè)量每條焊縫的氣孔大小，計(jì)算出整條焊縫的氣孔率，最后算出五條焊縫的平均氣孔率。 02 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 2.1 不同組合焊接對(duì)鋁合金焊縫氣孔率的影響 飛博PAM激光器+螺旋線擺動(dòng)焊接（氣孔率0.41%） 飛博PAM激光器無擺動(dòng)焊接（氣孔率0.75%） 常規(guī)激光器無擺動(dòng)焊接（氣孔率2.67%） 如上圖所示，飛博PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器相比于常規(guī)激光器焊接鋁合金時(shí)能有效降低氣孔率，再與螺旋線擺動(dòng)相組合，可以將氣孔率降至0.5%以內(nèi)；從焊縫金相截面圖可以看出飛博PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器焊接的焊縫表面平整度、熔深一致性比常規(guī)激光器更加出色。 鋁合金焊接接頭產(chǎn)生的氣孔種類主要是氫氣孔以及部分匙孔塌陷形成的氣穴： 氫氣孔：鋁合金在高溫下表面極易形成氧化膜，氧化膜容易吸附環(huán)境中的水分；激光加熱時(shí)，水分解產(chǎn)生氫，而氫在液態(tài)鋁中的溶解度約為其在固態(tài)鋁中溶解度的20倍，熔池內(nèi)會(huì)溶入大量的氫，當(dāng)激光離開時(shí)熔池溫度迅速下降，這時(shí)氫的溶解度隨溫度降低急劇減小，就會(huì)有大量的氫溢出；但由于鋁結(jié)晶速度較塊，并且鋁合金密度小，形成的氣泡在熔池中受到的浮力較小，上浮速度慢，熔池結(jié)晶后，還會(huì)有許多氣泡來不及浮出，滯留在焊縫中形成氫氣孔。 匙孔塌陷：主要是由于小孔表面張力大于蒸氣壓力，不能維持穩(wěn)定的匙孔，導(dǎo)致匙孔塌陷，液態(tài)金屬來不及填充從而形成氣穴。 飛博PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器相比于常規(guī)激光器多了一路外環(huán)光束，焊接時(shí)可以起到材料表面預(yù)熱、降低熔池凝固速度、形成一個(gè)穩(wěn)定大熔池的作用，從而在焊接鋁合金時(shí)對(duì)抑制飛濺、降低氣孔率、防止裂紋、提高焊縫表面質(zhì)量等效果顯著。 采用飛博PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器+螺旋線擺動(dòng)相組合的焊接方式可以將氣孔率降至很低，螺旋線軌跡焊接時(shí)可以對(duì)熔池進(jìn)行攪拌，既可以使熔融金屬分布均勻，也能讓熔池凝固速度進(jìn)一步降低，有足夠的時(shí)間讓氫從熔池中逸出，從而很大程度上降低氣孔率。 2.2 PAM激光器+螺旋線擺動(dòng)焊接 氣孔率穩(wěn)定性測(cè)試 如圖所示，采用飛博PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器+螺旋線擺動(dòng)的組合焊接方式可以將氣孔率控制在0.5%以內(nèi)，從數(shù)據(jù)中可以看出每條焊縫氣孔率相對(duì)比較穩(wěn)定。 2.3 飛博PAM激光器與常規(guī)激光器 焊縫表面形貌對(duì)比 PAM激光器 常規(guī)激光器 如上圖所示，PAM激光器相比于常規(guī)激光器焊接鋁合金時(shí)，焊縫表面成型更好、焊縫光滑、均勻一致、無咬邊等缺陷。 03 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 采用激光焊接鋁合金越來越普遍，從本次實(shí)驗(yàn)研究中可以發(fā)現(xiàn)： （1）飛博PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器相比于常規(guī)機(jī)器焊接鋁合金時(shí)能有效降低氣孔率。 （2）采用飛博PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器+螺旋線組合的焊接方式，在焊接熔深2mm的條件下，可以將3系鋁合金氣孔率降至0.5%以內(nèi)。 （3）飛博PAM點(diǎn)環(huán)能量可調(diào)激光器相比于常規(guī)激光器焊接表面質(zhì)量更高、焊縫光滑、均勻一致、無缺陷。 激光焊接在鋁合金焊接領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，將會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更加重要的作用。
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